一種高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝，包括制坯工藝、機(jī)加工工藝、淬火工藝、回火工藝和預(yù)扭工藝。本發(fā)明能夠消除扭桿彈簧鐓鍛產(chǎn)生的應(yīng)力，能使工件在熱處理后表面較高的硬度，而中心仍保持一定強(qiáng)度及較高的韌性和塑性，表層膨脹體積大，心部膨脹體積小，表層造成壓應(yīng)力，噴丸處理能提高扭桿彈簧疲勞強(qiáng)度，有效提高扭桿彈簧的使用壽命。
【專利說明】一種高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本 發(fā)明涉及熱處理工藝的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【【背景技術(shù)】】
[0002]扭桿彈簧是利用桿(或棒、條)料扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生彈簧作用的桿狀彈簧，其特點(diǎn)是單位體積平產(chǎn)生彈簧作用的桿狀彈簧，其特點(diǎn)是單位體積平均儲存能量大，結(jié)構(gòu)形狀簡單，輕型化，一般用作車輛懸掛彈簧和穩(wěn)定裝置，有時也用作高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的閥彈簧。扭桿彈簧材料斷面通常有圓棒料、空心棒料和矩形截面條材三種，最常用的是圓棒料制作的扭桿彈簧。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝，能夠消除扭桿彈簧鐓鍛產(chǎn)生的應(yīng)力，能使工件在熱處理后表面較高的硬度，而中心仍保持一定強(qiáng)度及較高的韌性和塑性，能減少扭桿彈簧疲勞，有效提高扭桿彈簧的使用壽命。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝，依次包括以下步驟:
[0005]a)制坯工藝:選取表面粗糙度達(dá)到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度(lmm/M的材料，然后把材料按工藝規(guī)定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到950~1000°c，使用鐓鍛機(jī)鐓粗或成形，鐓鍛后的端部用退火爐進(jìn)行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900~1000°C，降溫速度為100~200°C /h，然后對端部進(jìn)行機(jī)械加工；
[0006]b)機(jī)加工工藝:扭桿彈簧在上料架上通過撥料桿撥入輥道，驅(qū)動輥?zhàn)訉⒘纤偷竭M(jìn)給裝置中，隨后材料通過夾緊架夾緊并被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅(qū)動輥?zhàn)油ㄟ^氣缸夾緊后送出，最后由卸料桿將材料收集于下料臺架中，進(jìn)給裝置中的進(jìn)給速度為4~10米/分，切削頭轉(zhuǎn)速280~1460轉(zhuǎn)/分；熱軋彈簧圓鋼表面存在著裂紋、折疊、結(jié)巴及氧化皮等缺陷，大大影響了扭桿彈簧的性能和強(qiáng)度質(zhì)量；傳統(tǒng)的方法，一般采用數(shù)控車床，由夾緊傳動裝置，刀架轉(zhuǎn)盤裝置，走刀及走刀機(jī)構(gòu)來加工扭桿表面；扭桿被夾緊在車頭(三爪或四爪卡盤)與尾架頂尖鎖緊，在車頭主軸帶動下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，刀具裝置與走刀絲桿相連，作直線運(yùn)動；缺點(diǎn)主要是:車削速度慢，效率低，卡盤夾緊處的頭部不能一次車削(除非掉頭再車)，特別是長細(xì)桿彎曲度的情況下，為了保證外圓表面質(zhì)量，切削量就要大于或等于彎曲和表面缺陷深度之和，從而降低了扭桿的成品率，本發(fā)明中的機(jī)加工工藝正好解決了上述難題；
[0007]c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器對材料采用甲醇裂解保護(hù)，氣氛濃度為7~10m3/h，采用中頻淬火工藝對材料進(jìn)行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內(nèi)加熱至800~1000°C,然后進(jìn)行雙介質(zhì)淬火,水作為快冷淬火介質(zhì),水的溫度為20~30°C，處理時間為3~5min，油作為慢冷淬火介質(zhì)油的溫度為50~70°C，處理時間為6~7min，進(jìn)行整體淬火后，材料表面組織應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力，心部表現(xiàn)為壓應(yīng)力，其數(shù)值主要取決于相應(yīng)工作條件，材料的疲勞強(qiáng)度和容許的塑性變形率，扭桿彈簧可承載至應(yīng)力接近材料的屈服極限，但是最大的應(yīng)力還要取決于容許的塑性變形率，即扭桿的許用應(yīng)力要按使用中容許扭轉(zhuǎn)至何種程度來選取，在最大撓曲值的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力(前懸限位作用時)工作應(yīng)力高于 800MPa ；
[0008]d)回火工藝:回火溫度為500~600°C，保溫時間為2~3h，最后將冷卻后的材料進(jìn)行噴丸強(qiáng)化；
[0009]e)預(yù)扭工藝:扭桿彈簧在回火工序后，表面噴塑加工前對其施加一個大于彈性極根的扭矩，使表面應(yīng)力大于屈服極限，但低于強(qiáng)度極限，斷面金屬產(chǎn)生塑性變形而提高扭桿彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強(qiáng)扭，把前懸左、右扭桿彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預(yù)扭后的彈性極限扭矩與預(yù)扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預(yù)扭系數(shù)，預(yù)扭系數(shù)反映了預(yù)扭后承載能力提高的程度。
[0010]作為優(yōu)選，所述步驟a)中機(jī)械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機(jī)或擠齒機(jī)來加工鋸齒形。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器中甲醇的裂解溫度為260~390°C，采用的甲醇純度為99.99%進(jìn)口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3，氣氛碳勢可在0.2~1.4%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器內(nèi)安裝有超溫、超壓安全報警裝置。
[0012]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明能夠消除扭桿彈簧鐓鍛產(chǎn)生的應(yīng)力，能使工件在熱處理后表面較高的硬度，而中心仍保持一定強(qiáng)度及較高的韌性和塑性，表層膨脹體積大，心部膨脹體積小，表層造成壓應(yīng)力，噴丸處理能提高扭桿彈簧疲勞強(qiáng)度，有效提高扭桿彈簧的使用壽命。
【【具體實(shí)施方式】】
[0013]本發(fā)明一種高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝，依次包括以下步驟:
[0014]a)制坯工藝:選取表面粗糙度達(dá)到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度(lmm/M的材料，然后把材料按工藝規(guī)定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到950~1000°c，使用鐓鍛機(jī)鐓粗或成形，鐓鍛后的端部用退火爐進(jìn)行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900~1000°C，降溫速度為100~200°C /h，然后對端部進(jìn)行機(jī)械加工；
[0015]b)機(jī)加工工藝:扭桿彈簧在上料架上通過撥料桿撥入輥道，驅(qū)動輥?zhàn)訉⒘纤偷竭M(jìn)給裝置中，隨后材料通過夾緊架夾緊并被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅(qū)動輥?zhàn)油ㄟ^氣缸夾緊后送出，最后由卸料桿將材料收集于下料臺架中，進(jìn)給裝置中的進(jìn)給速度為4~10米/分，切削頭轉(zhuǎn)速280~1460轉(zhuǎn)/分；熱軋彈簧圓鋼表面存在著裂紋、折疊、結(jié)巴及氧化皮等缺陷，大大影響了扭桿彈簧的性能和強(qiáng)度質(zhì)量；傳統(tǒng)的方法，一般采用數(shù)控車床，由夾緊傳動裝置，刀架轉(zhuǎn)盤裝置，走刀及走刀機(jī)構(gòu)來加工扭桿表面；扭桿被夾緊在車頭(三爪或四爪卡盤)與尾架頂尖鎖緊，在車頭主軸帶動下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，刀具裝置與走刀絲桿相連，作直線運(yùn)動；缺點(diǎn)主要是:車削速度慢，效率低，卡盤夾緊處的頭部不能一次車削(除非掉頭再車)，特別是長細(xì)桿彎曲度的情況下，為了保證外圓表面質(zhì)量，切削量就要大于或等于彎曲和表面缺陷深度之和，從而降低了扭桿的成品率，本發(fā)明中的機(jī)加工工藝正好解決了上述難題；
[0016]c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器對材料采用甲醇裂解保護(hù)，氣氛濃度為7~10m3/h，采用中頻淬火工藝對材料進(jìn)行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內(nèi)加熱至800~1000°C,然后進(jìn)行雙介質(zhì)淬火,水作為快冷淬火介質(zhì),水的溫度為20~30°C，處理時間為3~5min，油作為慢冷淬火介質(zhì)油的溫度為50~70°C，處理時間為6~7min，進(jìn)行整體淬火后，材料表面組織應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力，心部表現(xiàn)為壓應(yīng)力，其數(shù)值主要取決于相應(yīng)工作條件，材料的疲勞強(qiáng)度和容許的塑性變形率，扭桿彈簧可承載至應(yīng)力接近材料的屈服極限，但是最大的應(yīng)力還要取決于容許的塑性變形率，即扭桿的許用應(yīng)力要按使用中容許扭轉(zhuǎn)至何種程度來選取，在最大撓曲值的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力(前懸限位作用時)工作應(yīng)力高于 800MPa ；
[0017]d)回火工藝:回火溫度為500~600°C，保溫時間為2~3h，最后將冷卻后的材料進(jìn)行噴丸強(qiáng)化；[0018]e)預(yù)扭工藝:扭桿彈簧在回火工序后，表面噴塑加工前對其施加一個大于彈性極根的扭矩，使表面應(yīng)力大于屈服極限，但低于強(qiáng)度極限，斷面金屬產(chǎn)生塑性變形而提高扭桿彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強(qiáng)扭，把前懸左、右扭桿彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預(yù)扭后的彈性極限扭矩與預(yù)扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預(yù)扭系數(shù)，預(yù)扭系數(shù)反映了預(yù)扭后承載能力提高的程度。
[0019]所述步驟a)中機(jī)械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機(jī)或擠齒機(jī)來加工鋸齒形，所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器中甲醇的裂解溫度為260~390°C，采用的甲醇純度為99.99%進(jìn)口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3，氣氛碳勢可在0.2~1.4%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器內(nèi)安裝有超溫、超壓安全報警裝置。
[0020]實(shí)施例一:
[0021]a)制坯工藝:選取表面粗糙度達(dá)到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度(lmm/M的材料，然后把材料按工藝規(guī)定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到950°C，使用鐓鍛機(jī)鐓粗或成形，鐓鍛后的端部用退火爐進(jìn)行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900°C，降溫速度為100°C /h，然后對端部進(jìn)行機(jī)械加工；
[0022]b)機(jī)加工工藝:扭桿彈簧在上料架上通過撥料桿撥入輥道，驅(qū)動輥?zhàn)訉⒘纤偷竭M(jìn)給裝置中，隨后材料通過夾緊架夾緊并被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅(qū)動輥?zhàn)油ㄟ^氣缸夾緊后送出，最后由卸料桿將材料收集于下料臺架中，進(jìn)給裝置中的進(jìn)給速度為6米/分，切削頭轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分；
[0023]c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器對材料采用甲醇裂解保護(hù)，氣氛濃度為7m3/h，采用中頻淬火工藝對材料進(jìn)行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內(nèi)加熱至800°C，然后進(jìn)行雙介質(zhì)淬火，水作為快冷淬火介質(zhì)，水的溫度為20°C，處理時間為3min,油作為慢冷淬火介質(zhì)油的溫度為50°C,處理時間為6min ；
[0024]d)回火工藝:回火溫度為500°C，保溫時間為2h，最后將冷卻后的材料進(jìn)行噴丸強(qiáng)化；[0025]e)預(yù)扭工藝:扭桿彈簧在回火工序后，表面噴塑加工前對其施加一個大于彈性極根的扭矩，使表面應(yīng)力大于屈服極限，但低于強(qiáng)度極限，斷面金屬產(chǎn)生塑性變形而提高扭桿彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強(qiáng)扭，把前懸左、右扭桿彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預(yù)扭后的彈性極限扭矩與預(yù)扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預(yù)扭系數(shù)，預(yù)扭系數(shù)反映了預(yù)扭后承載能力提高的程度。
[0026]所述步驟a)中機(jī)械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機(jī)或擠齒機(jī)來加工鋸齒形，所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器中甲醇的裂解溫度為260°C，采用的甲醇純度為99.99%進(jìn)口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3，氣氛碳勢可在0.2~1.4%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器內(nèi)安裝有超溫、超壓安全報警
裝直。
[0027]實(shí)施例二:
[0028]a)制坯工藝:選取表面粗糙度達(dá)到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度(lmm/M的材料，然后把材料按工藝規(guī)定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到1000°C，使用鐓鍛機(jī)鐓粗或成形，鐓鍛后的端部用退火爐進(jìn)行加熱慢冷，退火爐起始溫度為1000°c，降溫速度為200°c /h，然后對端部進(jìn)行機(jī)械加工；
[0029]b)機(jī)加工工藝:扭桿彈簧在上料架上通過撥料桿撥入輥道，驅(qū)動輥?zhàn)訉⒘纤偷竭M(jìn)給裝置中，隨后材料通過夾緊架夾緊并被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅(qū)動輥?zhàn)油ㄟ^氣缸夾緊后送出，最后由卸料桿將材料收集于下料臺架中，進(jìn)給裝置中的進(jìn)給速度為10米/分，切削頭轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分；
[0030]c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器對材料采用甲醇裂解保護(hù)，氣氛濃度為10m3/h，采用中頻淬火工藝對材料進(jìn)行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內(nèi)加熱至1000°C，然后進(jìn)行雙介質(zhì)淬火，水作為快冷淬火介質(zhì)，水的溫度為30°C，處理時間為5min，油作為慢冷淬火介質(zhì)油的溫度為70°C，處理時間為7min ；
[0031]d)回火工藝:回火溫度為600°C，保溫時間為3h，最后將冷卻后的材料進(jìn)行噴丸強(qiáng)化；
[0032]e)預(yù)扭工藝:扭桿彈簧在回火工序后，表面噴塑加工前對其施加一個大于彈性極根的扭矩，使表面應(yīng)力大于屈服極限，但低于強(qiáng)度極限，斷面金屬產(chǎn)生塑性變形而提高扭桿彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強(qiáng)扭，把前懸左、右扭桿彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預(yù)扭后的彈性極限扭矩與預(yù)扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預(yù)扭系數(shù)，預(yù)扭系數(shù)反映了預(yù)扭后承載能力提高的程度。
[0033]所述步驟a)中機(jī)械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機(jī)或擠齒機(jī)來加工鋸齒形，所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器中甲醇的裂解溫度為390°C，采用的甲醇純度為99.99%進(jìn)口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3，氣氛碳勢可在
0.2~1.4%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器內(nèi)安裝有超溫、超壓安全報警
裝直。
[0034]上述實(shí)施例是對本發(fā)明的說明，不是對本發(fā)明的限定，任何對本發(fā)明簡單變換后的方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝，依次包括以下步驟: a)制坯工藝:選取表面粗糙度達(dá)到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度< Imm/M的材料，然后把材料按工藝規(guī)定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到950~1000°C，使用鐓鍛機(jī)鐓粗或成形，鐓鍛后的端部用退火爐進(jìn)行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900~.1000°C，降溫速度為100~200°C /h，然后對端部進(jìn)行機(jī)械加工； b)機(jī)加工工藝:扭桿彈簧在上料架上通過撥料桿撥入輥道，驅(qū)動輥?zhàn)訉⒘纤偷竭M(jìn)給裝置中，隨后材料通過夾緊架夾緊并被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅(qū)動輥?zhàn)油ㄟ^氣缸夾緊后送出，最后由卸料桿將材料收集于下料臺架中，進(jìn)給裝置中的進(jìn)給速度為4~10米/分，切削頭轉(zhuǎn)速280~1460轉(zhuǎn)/分； c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器對材料采用甲醇裂解保護(hù)，氣氛濃度為7~10m3/h，采用中頻淬火工藝對材料進(jìn)行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內(nèi)加熱至800~1000°C，然后進(jìn)行雙介質(zhì)淬火，水作為快冷淬火介質(zhì)，水的溫度為20~30°C，處理時間為3~5min,油作為慢冷淬火介質(zhì)油的溫度為50~70°C,處理時間為6~7min ； d)回火工藝:回火溫度為500~600°C，保溫時間為2~3h，最后將冷卻后的材料進(jìn)行噴丸強(qiáng)化； e)預(yù)扭工藝:扭桿彈簧在回火工序后，表面噴塑加工前對其施加一個大于彈性極根的扭矩，使表面應(yīng)力大于屈服極限，但低于強(qiáng)度極限，斷面金屬產(chǎn)生塑性變形而提高扭桿彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強(qiáng)扭，把前懸左、右扭桿彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預(yù)扭后的彈性極限扭矩與預(yù)扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預(yù)扭系數(shù)，預(yù)扭系數(shù)反映了預(yù)扭后承載能力提高的程度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝，其特征在于:所述步驟a)中機(jī)械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機(jī)或擠齒機(jī)來加工鋸齒形。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高應(yīng)力扭桿彈簧熱處理工藝，其特征在于:所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器中甲醇的裂解溫度為260~390°C，采用的甲醇純度為.99.99%進(jìn)口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3,氣氛碳勢可在0.2~1.4%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，甲醇低溫裂解氣氛可控發(fā)生器內(nèi)安裝有超溫、超壓安全報警裝置。
【文檔編號】C21D9/02GK103898302SQ201410123890
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】周成水 申請人:浙江瑪斯特汽配有限公司